(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電されたスパークロッドとハウジングとの間のアークの有無を検知するイグナイタ診断装置であって、
通電された時に前記スパークロッドが放射する電磁（ＥＭ）信号を感知するフレームロッドと、
前記フレームロッドにフレームロッドケーブルを介して接続され、前記フレームロッドから前記ＥＭ信号を受信し、前記ＥＭ信号を処理してスパーク通知信号を発生する感知装置と、
ユーザに出力を提供するようになっているユーザインタフェースと、
前記ユーザインタフェースに接続されたロジックユニットであって、前記感知装置から前記スパーク通知信号を受信し、前記スパーク通知信号の強度に基づいてアークが発生しているかどうかを判定し、当該判定の結果を前記ユーザインタフェースに提供して、前記ユーザに表示する出力を行わせるようになっているロジックユニットと
を備えるイグナイタ診断装置。
【請求項２】
前記感知装置は、
前記フレームロッドからの前記ＥＭ信号に含まれる低周波を遮断するハイパスフィルタと、
前記ハイパスフィルタの出力に接続され、前記ハイパスフィルタからの信号を整流する整流器（Ｄ１）と
を備える、請求項１に記載のイグナイタ診断装置。
【請求項３】
前記感知装置は、前記整流器（Ｄ１）の出力に接続され、アナログのスパーク通知信号を発生するローパスフィルタを更に備える、請求項２に記載のイグナイタ診断装置。
【請求項４】
前記感知装置は、前記ローパスフィルタの出力に接続され、前記アナログのスパーク通知信号を前記スパーク通知信号へと変換するアナログ−デジタル（ＡＤ）変換器を更に備える、請求項３に記載のイグナイタ診断装置。
【請求項５】
前記スパーク通知信号は、低電圧の期間によって隔てられる複数の周期的なローブからなり、
前記ロジックユニットは、前記スパーク通知信号に含まれる前記低電圧の期間をモニタして、ローブ間の間隔を計測する、請求項４に記載のイグナイタ診断装置。
【請求項６】
前記ロジックユニットは、前記スパーク通知信号に含まれる前記低電圧の期間をモニタし、モニタされた期間を用いて、理論上最大のスパークの発生エネルギに対する実際のスパークの発生エネルギを通知する、請求項５に記載のイグナイタ診断装置。
【請求項７】
前記ロジックユニットは、過去のスパーク通知信号を記憶し、前記過去のスパーク通知信号を最近のスパーク通知信号と比較して、スパーク性能の変化率を算出するようになっている、請求項５に記載のイグナイタ診断装置。
【請求項８】
パイロット火炎の有無を判定するイグナイタ診断装置であって、
前記スパークロッドが通電された時に放射する電磁（ＥＭ）信号を感知するフレームロッドと、
前記フレームロッドにフレームロッドケーブルを介して接続され、前記フレームロッドから前記ＥＭ信号を受信し、前記ＥＭ信号を処理してスパーク通知信号を発生する感知装置と、
前記感知装置から前記スパーク通知信号を受信し、前記スパーク通知信号の強度に基づいてアークが発生しているかどうかを判定し、アークが発生している場合を示すロジック信号を出力するようになっているロジックユニットと、
前記ロジックユニットに接続され、前記ロジックユニットからの前記ロジック信号を受信し、当該ロジック信号がアークが発生していないことを示す場合にのみパイロット火炎を検査するようになっている火炎検証装置と
を備える、イグナイタ診断装置。
【請求項９】
前記感知装置は、前記フレームロッドからの前記ＥＭ信号に含まれる低周波を遮断するハイパスフィルタを備える、請求項８に記載のイグナイタ診断装置。
【請求項１０】
前記感知装置は、前記ハイパスフィルタの出力に接続され、前記ハイパスフィルタからの信号を整流する整流器（Ｄ１）を更に備える、請求項９に記載のイグナイタ診断装置。
【請求項１１】
前記感知装置は、前記整流器（Ｄ１）の出力に接続され、アナログのスパーク通知信号を発生するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタの出力に接続され、前記アナログのスパーク通知信号を前記スパーク通知信号へと変換するアナログ−デジタル（ＡＤ）変換器と
を更に備える、請求項１０に記載のイグナイタ診断装置。
【請求項１２】
前記スパーク通知信号は、低電圧の期間によって隔てられる複数の周期的なローブからなり、
前記ロジックユニットは、前記スパーク通知信号に含まれる前記低電圧の期間をモニタして、ローブ間の間隔を計測する、請求項１１に記載のイグナイタ診断装置。
【請求項１３】
前記ロジックユニットはローブ間の間隔を計測し、理論上最大のスパークの発生エネルギに対する実際のスパークの発生エネルギを通知する、請求項１２に記載のイグナイタ診断装置。
【請求項１４】
前記ロジックユニットは更に、過去のスパーク通知信号を記憶し、前記過去のスパーク通知信号を最近のスパーク通知信号と比較して、スパーク性能の変化率を算出するようになっている、請求項１２に記載のイグナイタ診断装置。
【請求項１５】
前記ロジックユニットは更に、前記スパーク性能の変化率を用いて当該装置の故障を予測するようになっている、請求項１４に記載のイグナイタ診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料イグナイタにおいてスパーク及び火炎が発生しているかどうかをより的確に通知するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスや軽油を燃料とする一般的な実用バーナでは、ガスや軽油をイグナイタのパイロット火炎により点火する。このパイロット火炎は、イグナイタにより着火する必要がある。そのため、イグナイタは、高電圧変圧器に接続されたスパークロッドによりスパークを発生する。変圧器は、接地した金属製のハウジングに隣接したスパークロッドへ高圧電力（約８ｋＶ）を供給する。この電力により、スパークロッドとハウジング（グラウンド）との間にアーク（スパーク）を発生させる。イグナイタの初期起動時、このアークは所定の時間（一般的には１０秒）発生する。従来技術の装置においては、アークが実際に発生していることを外部から確認することはできない。
【０００３】
イグナイタは更に、小型燃料源、スパークロッド及びハウジングの近傍に位置するフレームロッドを備える。スパークロッドにより、パイロット火炎を発生させる小型燃料源からの燃料を点火するためのアークが発生される。パイロット火炎はフレームロッドとハウジングとの間の領域に広がる。火は導電性を有するため、火炎を介してフレームロッドからハウジングへと電流が流れる。
【０００４】
この電流は外付けの電子装置によりモニタされる。電子装置とフレームロッドを火炎検証装置と呼ぶ。火炎検証装置は、フレームロッドからハウジングへ流れる電流を分析して、パイロット火炎の有無を判定する。
【０００５】
高電圧変圧器により発せられるアークは、イグナイタの火炎検証装置に干渉する場合があり、このため、アークの発生時に、火炎検証装置が火炎の発生を誤報してしまうことがある。
【０００６】
イグナイタにより正常にパイロット火炎を点火できない場合、不具合を診断する技術者は、通常イグナイタをボイラから取り外し、燃料を供給せずに駆動させて、アークが発生しているかどうかを目視で確認するため、時間と労力を要する。
【０００７】
イグナイタによりアークが発生しているかどうかを自動的に判定して、パイロット火炎が発生しているかどうかをより的確に判定する装置が、現在求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、イグナイタがスパークを発生させているかどうかを的確に判定するシステムを提供することを目的とする。
【０００９】
本発明は、アークが現在発生していることを火炎判定部に通知することを他の目的とする。
【００１０】
本発明は、火炎判定部による、パイロット火炎が現在燃焼しているか否かのより的確な判定の補助を他の目的とする。
【００１１】
本発明は、スパーク装置において問題が発生している場合を通知することを他の目的とする。
【００１２】
本発明は、スパーク装置の故障を予測することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、通電されたスパークロッド２３とハウジング１１との間でのアークの有無を検知するイグナイタ診断装置１００として実施可能である。イグナイタ診断装置１００は、通電された時にスパークロッド２３が放射する電磁（ＥＭ）信号を感知するフレームロッド２５を備える。
【００１４】
フレームロッド２５には、フレームロッド２５からのＥＭ信号を受信・処理してスパーク通知信号を発生する感知装置５０が接続される。
【００１５】
イグナイタ診断装置１００は、ユーザに出力を提供するようになっているユーザインタフェース９０を備える。
【００１６】
ユーザインタフェース９０にはロジックユニット６０が接続される。ロジックユニット６０は、感知装置５０からスパーク通知信号を受信し、このスパーク通知信号の強度に基づいてアークが発生しているかどうかを判定するようになっている。ロジックユニット６０はこの情報をユーザインタフェース９０へ送信し、ユーザへ表示する出力を行わせる。
【００１７】
スパーク通知信号は、低電圧の期間によって隔てられる複数の周期的なローブからなる。ロジックユニット６０は、スパーク通知信号に含まれる低電圧の期間をモニタしてローブ間の間隔を計測することにより、スパーク発生機器の健全性を通知する。
【００１８】
本発明は更に、より的確にパイロット火炎の有無を判定するイグナイタ診断装置１００としても実施可能である。
【００１９】
イグナイタ診断装置１００は、スパークロッド２３が通電されると放射する電磁（ＥＭ）信号を感知するフレームロッド２５と、
フレームロッド２５に接続され、フレームロッド２５からＥＭ信号を受信・処理してスパーク通知信号を発生する感知装置５０と、
感知装置５０からスパーク通知信号を受信し、このスパーク通知信号の強度に基づいてアークが発生しているかどうかを判定し、アークが発生している場合を示すロジック信号を出力するようになっているロジックユニット６０と、
ロジックユニット６０に接続され、ロジックユニット６０からのロジック信号を受信し、そのロジック信号がアークが発生していないことを示す場合にのみパイロット火炎を検査するようになっている火炎検証装置とを備える。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に適合したパイプ型イグナイタからハウジングを取り外した状態の斜視図である。
【図２】本発明に適合したパイプ型イグナイタからハウジングを取り外した状態を異なる角度から見た斜視図である。
【図３】本発明に適合したパイプ型イグナイタの部分断面図である。
【図４】フレームロッドからの受信信号を処理する、本発明に係る回路の一実施形態の一般的な要素を示す概略ブロック図である。
【図５】図４に示す回路のテストポイントＡにおいてモニタされた波形を示す図である。
【図６】図４に示す回路のテストポイントＢにおいてモニタされた波形を示す図である。
【図７】図４に示す回路のテストポイントＣにおいてモニタされた波形を示す図である。
【図８】図７に示す波形の一部を拡大した図である。
【図９】本発明に適合したサイドイグナイタをボイラ内に設置した場合の断面立面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
添付の図面を参照することによって、当業者は本発明をより深く理解でき、また本発明の数多くの目的及び利点が明らかになるであろう。
【００２２】
図１は、本発明に適合したパイプ型イグナイタ１０からハウジングを取り外した状態の斜視図である。
【００２３】
図２は、本発明に適合したパイプ型イグナイタ１０からハウジングを取り外した状態を異なる角度から見た斜視図である。
【００２４】
図３は、本発明に適合したパイプ型イグナイタ１０の部分断面図である。
【００２５】
図１、２及び３を参照して以下の説明を行う。パイプ型イグナイタ１０は、ボイラの燃焼室内を通るように設けられた内側端部１３と、燃焼室の外へ延出する外側端部１２を有する細長いハウジング１１を備える。
【００２６】
外側端部１２は、外部機器へと延出するスパークロッドケーブル３３とフレームロッドケーブル３５を有する。スパークロッドケーブル３３はその内部において、導電性を有するスパークロッド２３に接続する。スパークロッド２３は、スパークロッドケーブル３３から内側端部１３へと延出する。スパークロッド２３は、外側ハウジング１１と平行に、しかし接することなく延出する。外側ハウジング１１は接地されている。スパークロッド２３と外側ハウジング１１との間には所定の間隙が設けられる。
【００２７】
高圧電源３は電力を、望ましくは交流として、スパークロッドケーブル３３及びスパークロッド２３を介して供給する。これによりスパークロッド２３とハウジング１１の内側端部１３との間に脈動アークが発生する。このアークは高周波電磁放射線を発生させ、周囲の導体において電流フローを引き起こす。
【００２８】
フレームロッド２５は外側ハウジング１１内に格納され、パイプ型イグナイタ１０の内側端部１３へと延出する。フレームロッド２５は、燃料チューブ４０とスパークロッド２３の端部との間に位置する。これにより、パイロット火炎燃焼の際フレームロッド２５をそのパイロット火炎に十分に接触させることができる。
【００２９】
フレームロッド２５はフレームロッドケーブル３５に接続し、フレームロッドケーブル３５は、その最端部においてパイロット火炎の有無を検知する火炎検証装置に接続される。
【００３０】
更に図４を参照すると、一種の火炎検証装置７０は、火炎内を流れる電流を測定する。火炎検証装置７０は、フレームロッド２５とハウジング（グラウンド）との間に電圧差を印加する。パイロット火炎（火）は導電性を有するため、燃料チューブ４０とハウジング１１との間に位置するパイロット火炎は、回路を形成し、それによりパイロット火炎を介してフレームロッドからハウジング１１へと電流が流れる。これは、一般的には約３０ボルトであり、この電流は火炎検証装置７０により測定される。電流が流れている場合には、パイロット火炎が発生していることを意味する。一方、電流が流れていない場合には、パイロット火炎が発生していないことを意味する。
【００３１】
本発明者は、フレームロッド２５がパイロット火炎を介して電流を流すだけでなく、アンテナとしても機能し得ることを発見した。更に、フレームロッド２５が感知する高周波ＲＦ「スプラッタ」放射は、スパークロッド２３が発生するアークによって生じることがわかった。フレームロッド２５は、交流電流に固有の脈動を感知する。従って、フレームロッド２５が感知する信号をモニタすることにより、スパークロッド２３がアークを発生している場合に通知することができることがわかった。この信号により、スパークが発生していることを知ることもできる。この情報により、スパークロッドやこれに関連する電源が正常に機能していないかを判定することもできる。更にこの情報により、火炎検証装置は、アークが発生していない場合にのみ火炎の感知を行えるため、火炎発生をより的確に検知できる。
【００３２】
本発明の原理は、フレームロッド２５が感知する電気信号をモニタし、感知された信号から直流成分及び低周波を除去し、信号を整流し、高周波を除去して信号をデジタル化することである。これにより、使用される交流電流（１００Ｈｚあるいは１２０Ｈｚ）の倍の周波数の低周波包絡線信号が発生される。この信号が検知された場合、スパークロッド２３はアークを発生させている。
【００３３】
スパークロッド２３が発するアークは、電流を生じさせ、これを火炎検証装置７０が誤って火炎から生じているものと判断し、火炎が発生していないのに発生していると誤って通知する場合がある。これは偽陽性判定である。従って、本発明の感知装置５０は火炎検証装置７０と通信を行いアークが発生している場合に通知する必要がある。
【００３４】
そして、火炎検証装置７０は、スパークロッドが動作していない場合にのみ火炎を検査し、火炎が発生しているかどうかを検知する必要がある。
【００３５】
これにより、アークの誤検知による干渉や偽陽性判定を防ぐことができ、アークの発生をパイロット火炎の有無と混同することがなくなる。この結果、火炎検証装置は、より精度の高いものとなる。
【００３６】
図４は、アーク発生を感知する本発明に係る感知装置５０の一実施形態の一般的な要素を示す概略ブロック図である。フレームロッド２５からの信号は、フレームロッドケーブル３５を介して受信され、ハイパスフィルタ５１に入力される。ハイパスフィルタ５１は、コンデンサＣ１と接地された抵抗器Ｒ１を含み、フレームロッド２５への火炎の接触より発生される信号中の低周波を遮断する。ハイパスフィルタ５１は、アーク放射「スプラッタ」によって生じる高周波信号を通過させる。このような信号の一例を図５に示す。
【００３７】
フィルタリングされた信号は、信号を整流しローブを全て負から正へと変換する整流器Ｄ１を通過する。この信号を図６に示す。
【００３８】
整流された信号は、ローパスフィルタ５５に入力される。本実施形態におけるローパスフィルタ５５は、抵抗器Ｒ２とコンデンサＣ２を含み、高周波アーク信号を遮断して包絡線信号を発生する。この包絡線信号は、交流電源による周波数の倍の周波数を有する。この信号を図７に示す。
【００３９】
アナログ−デジタル（ＡＤ）変換器５７は、アナログの包絡線信号を入力し、デジタル化して、図７に示すアナログの包絡線信号に近似させたデジタルサンプルの集合を生成する。この集合は連続した振幅の計測値の形であっても良いし、このようなデータのブロックや表であっても良い。
【００４０】
ロジックユニット６０は、ＡＤ変換器５７から出力されるデジタル化された信号を感知する。ロジックユニット６０は、専用のマイクロプロセッサを備えたスタンドアローンの装置であっても良いし、いくつかの異なるプログラムを実行し、いくつかの異なる機能を果たすマイクロプロセッサを備えた計算装置８０の一部であっても良い。一実施形態においては、デジタル化された信号の振幅を図７及び図８のａ２に示すような最小振幅と比較する。
【００４１】
そして、ロジックユニット６０は、デジタル化された信号をモニタし、この信号が標準周波数において周期的に閾値を超えるピークを示すかを判定する。この周波数は、スパーク電源（図１及び図２の３）からスパークロッド（図１及び図２の２３）へ送信される信号の周波数の倍であるはずである。このような信号を検知した場合は、アークが発生している。このような信号を検知しない場合、アークは発生していない。
【００４２】
ロジックユニット６０は、感知装置５０からの信号を入力し、アークが発生しているかどうかを示す情報を算出する。この情報は、ロジックユニット６０から火炎検証装置７０へと送信される。本実施形態においては、火炎検証装置７０は、ロジックユニット６０の出力がアークの発生を示さない場合に動作するように改良されている。ロジックユニット６０がアークの発生を示す場合、火炎検証装置７０は動作しない。
【００４３】
他の実施形態において、火炎検証装置７０は常時動作しているが、ロジックユニット６０がアークの発生を示す間、火炎発生を示す計測値は無視される。
【００４４】
図５は、図４に示す回路のテストポイントＡにおいてモニタされた波形を示す図である。図中、高周波信号は、交流の入力周波数に沿う周波数の包絡線を示す。
【００４５】
図６は、図４に示す回路のテストポイントＢにおいてモニタされた波形を示す図である。図中、図５に示す信号は整流され、信号ローブは正領域へと変換されている。
【００４６】
図７は、図４に示す回路のテストポイントＣにおいてモニタされた波形を示す図である。図中、出力信号は、整流された交流入力周波数の包絡線のみを示す。アークに起因する高周波信号は、フィルタによって除去されている。
【００４７】
図８は、図７に示す波形の一部を拡大した図である。
【００４８】
これは、整流された波形の包絡線を示す時間対周波数プロットである。波形包絡線の振幅（入力電圧）は徐々に減少し、時間ｔ１において曲線が振幅０にまで降下する。
【００４９】
同様に、電源３からスパークロッド２３へ電圧が供給される時間ｔ２からｔ３の直前までの間には、計測可能な振幅は得られない。時間ｔ３になって初めてアークが発生し、振幅が急速に増幅して、通常の周波数包絡線を示すようになる。
【００５０】
時間ｔ１からｔ３の間の距離により、電源３、スパークロッド２３、スパークロッドケーブル３３及びこれらの部材を接続する残りの部分の健全性を判定できることがわかった。
【００５１】
故障の可能性はこの距離だけでなく、この距離の経時変化によって判定できる。
【００５２】
次に図４及び図８を参照する。ロジックユニット６０は、図８に示す振幅や時間を計測することもできる。そして、ロジックユニット６０は、これらの計測値を所定の閾値又は最適な計測値と比較し、システムの健全性を判定する。閾値からのずれに基づいてシステムの健全性を判定できる。
【００５３】
更に、ロジックユニット６０が履歴データを記憶可能な場合、経時変化を測定できるため、いつシステムが故障するかを予測することができる。これはイグナイタのメンテナンスや修理に大きく役立つであろう。
【００５４】
図９は、パイプ型イグナイタ１０の変形例を示す。これはサイドイグナイタである。全ての部分は、前述の同じ参照符号を付したものと同じ機能を有する。ハウジング２１は、ボイラの側壁に取付けるようになっているため、異なる。更に、スパークロッド２３の代わりにスパークプラグ２４を用いる。これは、ハウジング２１の形状が異なるために、スパークロッド２３ではハウジングの近くに設置することが困難なためである。従って、普通の自動車に使用されるスパークプラグと同様に、スパークプラグ２４は、スパークを発生可能な間隙によって隔てられた正負の電極を備える。
【００５５】
なお、本発明に係る上述の実施形態、特に「好適な」実施形態はいずれも本発明の実施可能な例にすぎず、本発明の原理の明確な理解のために示されているにすぎない。本発明の上述の実施形態には、発明の要旨及び原理を実質的に逸脱しない範囲での様々な変更及び修正を加えることができる。これらの修正や変更は全て本開示や本発明の範囲に含まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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